CN105864291A - 磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件 - Google Patents

磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件，其中，磁悬浮轴承用于对轴进行支撑限位，包括：转子铁芯，套设在轴上，转子铁芯的外侧安装有转子永磁体；定子铁芯，套设在转子铁芯的外侧，定子铁芯朝向定子铁芯的内环面上设置有与转子永磁体对应设置的多个定子绕组，定子绕组与转子永磁体形成电磁力使转子铁芯保持悬浮。本发明的磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件有效地解决了现有技术中轴承容易出现温度高、温度上升速度快、转速达不到要求、噪音大的现象的问题。

Description

磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体而言，涉及一种磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件。
背景技术
现有技术中的电机的输出轴上一般是使用机械轴承，这种轴承在高速转动的输出轴带动下，容易导致出现的温度高、温度上升速度快、转速达不到要求、噪音大的现象。
发明内容
本发明实施例中提供一种磁悬浮轴承、支撑装置以及电机组件，以解决现有技术中轴承容易出现温度高、温度上升速度快、转速达不到要求、噪音大的现象问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁悬浮轴承，用于对轴进行支撑限位，其特征在于，包括：转子铁芯，套设在轴上，转子铁芯的外侧安装有转子永磁体；定子铁芯，套设在转子铁芯的外侧，定子铁芯朝向定子铁芯的内环面上设置有与转子永磁体对应设置的多个定子绕组，定子绕组与转子永磁体形成电磁力使转子铁芯保持悬浮。
进一步地，转子铁芯呈环状，定子铁芯呈环状，转子铁芯、定子铁芯与轴同心设置。
进一步地，还包括设置在定子铁芯的内环面给上的多个位移传感器，位移传感器围绕转子永磁体进行设置，并且每个位移传感器设置在每两个定子绕组之间。
进一步地，定子绕组的数量为六个，位移传感器的数量为六个，定子绕组沿定子铁芯的内环面周向均匀分布。
进一步地，定子绕组的数量为至少为4个的偶数个。
进一步地，还包括支架，定子铁芯固定安装在支架上。
进一步地，定子铁芯朝向定子铁芯的内环面上具有定子齿，定子绕组绕设在定子齿上，定子绕组为单绕组结构。
根据本发明的另一个方面，提供了一种支撑装置，用于对轴进行支撑限位，包括上述的磁悬浮轴承，磁悬浮轴承的转子铁芯套设在轴上，支撑装置还包括永磁环和支撑永磁体，永磁环套设在轴的两端，支撑永磁体设置在永磁环的底部，永磁环与支撑永磁体之间设置成磁悬浮状态，在轴未转动时，永磁环保持轴被动悬浮。
进一步地，支撑永磁体至少为两个，并且分别设置在永磁环的两侧，支撑永磁体对永磁环形成的磁力使永磁环在水平方向无法移动。
根据本发明的其他一个方面，提供了一种电机组件，包括电机，还包括上述的支撑装置，支撑装置对电机的输出轴进行支撑限位。
应用本发明的技术方案，定子铁芯通过定子绕组对于转子永磁体产生的电磁力，对转子铁芯形成支撑力，保持转子铁芯悬浮且相对平衡，定子绕组与转子永磁体形成的悬浮力，限制转子铁芯以及轴的自由度，使转子铁芯仅能够跟随轴进行转动，这样起到了轴承的作用，即对转动轴或者电机轴的支撑和限位，可以代替机械轴承。由于转子铁芯完全磁悬浮，并且运行中没有摩擦，可以提升轴的转速要求，同时还降低了温度以及温度上升速度，在提升了电机效率的同时，还减少了机械类的噪音，对于电机而言，电机整机共振只需要考虑定子铁芯本身的振动，这样将大幅度减少整机在温升、噪音、及整机共振方面的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的磁悬浮轴承的结构示意图；
图2是本发明实施例的磁悬浮轴承的磁力结构示意图；
图3是本发明实施例的磁悬浮轴承的工作原理图；
图4是本发明实施例的支撑装置的结构示意图。
附图标记说明：
10、转子铁芯；11、转子永磁体；20、定子铁芯；21、定子绕组；22、位移传感器；23、定子齿；30、轴；40、支架；51、永磁环；52、支撑永磁体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
参见图1和图2，根据本发明的实施例，提供一种磁悬浮轴承，用于对轴30进行支撑限位，主要是用在电机输出轴上的支撑限位作用，本实施例的磁悬浮轴承包括转子铁芯10和定子铁芯20，转子铁芯10套设在轴30上，转子铁芯10的外侧安装有转子永磁体11，转子永磁体11上交替呈N极和S极，定子铁芯20套设在转子铁芯10的外侧，定子铁芯20朝向定子铁芯20的内环面上设置有与转子永磁体11对应设置的多个定子绕组21，定子绕组21与转子永磁体11形成电磁力使转子铁芯保持悬浮。
定子铁芯20通过定子绕组21对于转子永磁体11产生的电磁力，对转子铁芯10形成支撑力，保持转子铁芯10悬浮且相对平衡，定子绕组21与转子永磁体11形成的悬浮力，限制转子铁芯10以及轴30的自由度，使转子铁芯仅能够跟随轴30进行转动，这样起到了轴承的作用，即对转动轴或者电机轴的支撑和限位，可以代替机械轴承。由于转子铁芯完全磁悬浮，并且运行中没有摩擦，可以提升轴的转速要求，同时还降低了温度以及温度上升速度，在提升了电机效率的同时，还减少了机械类的噪音，对于电机而言，电机整机共振只需要考虑定子铁芯本身的振动，这样将大幅度减少整机在温升、噪音、及整机共振方面的问题。
本实施例中，转子铁芯10呈环状，定子铁芯20呈环状，转子铁芯10、定子铁芯20与轴同心设置。转子铁芯10和定子铁芯20均是具有一定厚度的环状，如果结构需要，厚度可以具体进行改变。
磁悬浮轴承还包括设置在定子铁芯20的内环面给上的多个位移传感器22，位移传感器22围绕转子永磁体11进行设置，并且每个位移传感器22设置在每两个定子绕组21之间。位移传感器22是用来测量转子铁芯的位置变化，在转子铁芯偏移规定的位置时，位移传感器会将这一信号发送给实时控制器，控制器则相应增大定子绕组的控制电流，使得产生的吸力或者排斥力变化，控制转子铁芯移动，进而使转子铁芯宣发在规定的位置。
进一步优选地，磁悬浮轴承定子绕组21的数量为六个，位移传感器22的数量为六个，定子绕组21沿定子铁芯20的内环面周向均匀分布。由于转子铁芯在空间中具有6个自由度，需要通过悬浮力限制转子铁芯的5个自由度，进而完成对轴的限位和支撑，所以定子绕组21的数量为六个，可以保证对于转子铁芯的自由度限制，而且可以对转子铁芯的运动达到精确的控制。
在一种未示出的磁悬浮轴承的实施例中，该磁悬浮轴承的结构与上述实施例的结构基本相同，区别仅在于定子绕组21的数量，该实施例中定子绕组21的数量为4个，由于转子铁芯需要控制其空间中X和Y方向的位移，所以将定子绕组21设定为4个既可以通过吸力或者排斥力完成X和Y方向的移动。当然在一些其他未示出的实施例中，磁悬浮轴承中的定子绕组21还可以为至少为4个的偶数个，定子绕组21的数量越多，其控制转子铁芯就更加精确。
如图1所示，本实施例中，磁悬浮轴承还包括一个用于支撑定子铁芯20的支架40，定子铁芯20固定安装在支架40上。支架40一般设置在电机输出轴的下方，处于电机的一侧且和电机一起固定在固定板上或者安装架上等位置。
结合图2和图3所示，定子铁芯20朝向定子铁芯20的内环面上具有定子齿23，定子绕组21绕设在定子齿23上，定子绕组21为单绕组结构。本实施例中定子绕组21的数量为6个，所以控制器通过功率系统对应地设定了控制电流I1、I2、I3、I4、I5和I6，这样使定子绕组21产生不同的电磁力。
本发明还提供了一种支撑装置的实施例，用于对轴进行支撑限位，主要是用于电机轴上的轴承，本支撑装置包括上述实施例的磁悬浮轴承，具体结构参见图4，在实施例中，磁悬浮轴承的转子铁芯10套设在轴上，支撑装置还包括永磁环51和支撑永磁体52，永磁环51套设在轴的两端，支撑永磁体52设置在永磁环51的底部，永磁环51与支撑永磁体52之间设置成磁悬浮状态，在轴未转动时，永磁环51保持轴被动悬浮。定子绕组采用单绕组结构，这样在单独控制实现电机本体内部磁场的改变从而产生转矩磁场的同时，也能控制转子铁芯径向的两个自由度，而轴向三个自由度由被动悬浮力控制，从而达到无轴承状态转子的稳定运行。
支撑永磁体52至少为两个，并且分别设置在永磁环51的两侧，支撑永磁体52对永磁环51形成的磁力使永磁环51在水平方向无法移动。支撑永磁体52的数量为两个，两个支撑永磁体52与永磁环51呈三角形分布，这样可以对永磁环51形成一个支撑力，并且使永磁环51受到水平方向的受力，使其相对静止，不会在水平方向产生移动。
在转轴两端安装三个同极性的永磁环或者永磁体，到达静止状态下径向的被动悬浮，结合定子运行时的径向磁悬浮，实现了转子无论在运行还是停机状态下的磁悬浮状态，这样在电机停机时或启动时，防止转子铁芯由于失去定子铁芯的悬浮力导致的下坠或跳动。
本发明还提供了一种电机组件的实施例，电机组件包括电机和上述实施例的支撑装置，支撑装置对电机的输出轴进行支撑限位。支撑装置中磁悬浮轴承起到了机械轴承的作用，即对转动轴或者电机轴的支撑和限位，可以代替机械轴承。由于转子铁芯完全磁悬浮，并且运行中没有摩擦，因此降低了温度以及温度上升速度，在提升了电机效率的同时，还减少了机械类的噪音，对于电机而言，电机整机共振只需要考虑定子铁芯本身的振动，这样将大幅度减少整机在温升、噪音、及整机共振方面的问题。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮轴承，用于对轴(30)进行支撑限位，其特征在于，包括：
转子铁芯(10)，套设在所述轴(30)上，所述转子铁芯(10)的外侧安装有转子永磁体(11)；
定子铁芯(20)，套设在所述转子铁芯(10)的外侧，所述定子铁芯(20)朝向所述定子铁芯(20)的内环面上设置有与所述转子永磁体(11)对应设置的多个定子绕组(21)，所述定子绕组(21)与所述转子永磁体(11)形成电磁力使所述转子铁芯(10)保持悬浮。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述转子铁芯(10)呈环状，所述定子铁芯(20)呈环状，所述转子铁芯(10)、所述定子铁芯(20)与所述轴同心设置。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，还包括设置在所述定子铁芯(20)的内环面给上的多个位移传感器(22)，所述位移传感器(22)围绕所述转子永磁体(11)进行设置，并且每个所述位移传感器(22)设置在每两个所述定子绕组(21)之间。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子绕组(21)的数量为六个，所述位移传感器(22)的数量为六个，所述定子绕组(21)沿所述定子铁芯(20)的内环面周向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子绕组(21)的数量为至少为4个的偶数个。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，还包括支架(40)，所述定子铁芯(20)固定安装在所述支架(40)上。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子铁芯(20)朝向所述定子铁芯(20)的内环面上具有定子齿(23)，所述定子绕组(21)绕设在所述定子齿(23)上，所述定子绕组(21)为单绕组结构。
8.一种支撑装置，用于对轴进行支撑限位，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承的转子铁芯(10)套设在所述轴上，所述支撑装置还包括永磁环(51)和支撑永磁体(52)，所述永磁环(51)套设在所述轴的两端，所述支撑永磁体(52)设置在所述永磁环(51)的底部，所述永磁环(51)与所述支撑永磁体(52)之间设置成磁悬浮状态，在所述轴未转动时，所述永磁环(51)保持所述轴被动悬浮。
9.根据权利要求8所述的支撑装置，其特征在于，所述支撑永磁体(52)至少为两个，并且分别设置在所述永磁环(51)的两侧，所述支撑永磁体(52)对所述永磁环(51)形成的磁力使所述永磁环(51)在水平方向无法移动。
10.一种电机组件，包括电机，其特征在于，还包括权利要求8或9中所述的支撑装置，所述支撑装置对所述电机的输出轴进行支撑限位。
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